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CIBSE案例研究:不妥协
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CIBSE案例研究:不妥协

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文章来自2015年9月版CIBSE杂志安迪·皮尔森。

为了实现被动式住宅的目标,企业中心的项目团队采用了最严格的参数,从而使用了70%的生物基材料,超级密封的外壳和最小的插头负载。

这是英国最环保的商业建筑吗?位于诺维奇的东安格利亚大学(UEA)企业中心的目标是BREEAM杰出和被动屋认证。它的设计寿命为100年,建造在一块棕地上,使用了70%的生物基材料,其中许多都是从当地采购的。它超过了当地的规划要求,10%的建筑能源来自可再生能源,一个480平方米的屋顶安装光伏阵列,预计每年产生44兆瓦时。

因此,在其使用寿命中,该建筑的隐含碳预计只有传统建筑的四分之一。这座开创性的两层楼高3400平方米的建筑是适应低碳集团的新总部,该集团成立的目的是将从东英吉利大学世界级环境科学中成长起来的毕业生创业公司商业化。Adapt希望它的新设施成为可持续发展的典范。集团首席执行官约翰·弗伦奇说:“如果我们不按照自己的价值观行事,不建立一个有助于减缓气候变化并应对其影响的网站,那么成为气候变化方面的领先机构就毫无意义。”

这栋价值1160万英镑的建筑的最大线索是它的覆盖层——建筑被茅草覆盖。在对这种传统诺福克屋顶材料的戏剧性的重新诠释中,茅草屋顶是由250毫米厚的稻草层组成的预制,垂直悬挂的木盒——据Morgan Sindall的高级现场经理Ken Bassett说,这是世界上第一次。茅草可以保存植物光合作用吸收的碳长达100年左右。巴西特解释说:“我们意识到茅草是一种很好的负碳本地材料。”

独特的盒式系统是由Morgan Sindall和项目建筑师Architype在单点交付合同下开发的。这些磁带是由当地的茅草工人用水平的茅草盖起来的,他们能够安全地在谷仓里工作,整个冬天传统上没有什么工作可做。巴塞特说:“当所有的面板都到位后,一位撒切尔夫人就来了,用一台像大型树篱切割机一样的机器修整墙壁,给建筑理发。”

卡带的使用使这种传统材料的安装方式与传统的复面板基本相同。值得注意的是,这些面板位于建筑的气密性和绝缘线之外,并不是结构的一部分。这座e型建筑的每个立面都采用了茅草覆盖层。建筑的形式是需要最大限度地增加日照的结果。E的顶部和底部元素由两个主要翼组成,一个是教学翼,另一个是创业翼。建筑的朝向是这样的,翼立面面向南北。一个主要的透明体块连接着两翼,在它的中心,形成了一个300座的礼堂。

实现二氧化碳的目标

建筑的茅草包层中的碳含量由Architype使用其新开发的Rapiere软件计算,使用的信息来自项目BIM模型。客户给设计团队设定的目标是在建筑的100年寿命中每平方米排放500公斤二氧化碳。这意味着每种材料的选择都是基于隐含碳和成本的评估。“在选择材料时,通常我会考虑成本和方案,但在这里,这是一个复杂的等式。我们必须从整体上考虑,以确保我们在实现BREEAM和被动式haus目标之间达到最佳平衡,最小化能耗和生命周期成本,同时确保我们满足建设计划,”Bassett解释说。

为了找到合适的解决方案,建筑的地基是团队必须非常努力工作的一个领域。建筑由胶合木框架支撑。最初的建议是,框架将由小型混凝土基座支撑,建筑将以胶合木柱支撑的木质底层为特色。然而,摩根·辛德尔的岩土工程调查发现了一个布满天坑和冰川河床遗迹的地点。这导致了垫层的提议被放弃,以及木材地面层,取而代之的是一个375毫米厚的混凝土筏基础,包括三层98%的回收钢筋。

不仅仅是水泥混合物

混凝土中含有大量的碳,这是因为使用了将波特兰石加热到约1400摄氏度的水泥。巴西特解释说:“如果使用1000立方米的普通混凝土来建造筏子,就会使该项目的碳排放目标大大偏离。”Morgan Sindall与其混凝土供应商合作,生产了一种含有磨碎高炉矿渣的混合料,这种混合料可以去除70%的水泥。此外,回收的沙子和可靠来源的骨料也被使用。巴西特宣称:“与同等配比的普通混凝土相比,这种混凝土含有38%的碳。”

木筏是在Isoquick聚苯乙烯绝缘材料的基础上铸造的,底座是由破碎的、从附近医院的拆除中回收的地下室形成的。对于这个项目,制造商开发了特殊的聚苯乙烯路肩单元,不仅消除了百叶窗的需要,而且同样重要的是,使绝缘外壳从混凝土筏下继续与墙体的绝缘连接,最大限度地减少了热损失。巴西特说:“这个解决方案非常有效。”

为了与低碳理念保持一致,木筏的顶部表面经过研磨和抛光,以节省地板的饰面。有人提议用地毯作为底层的覆盖物;按照东英吉利大学的维护策略,每七年更换一次。建筑师Architype的合伙人加雷思·塞尔比(Gareth Selby)说:“当我们观察地毯中嵌入的碳时,它实际上比木筏基础中的碳还要多,所以我们去掉了地毯,采用地面处理。”

建筑的胶合板结构框架由木筏支撑。它是从国外采购的,因为在英国没有商业规模的胶合木制造商。然而,该项目确实使用了科西嘉松(来自30英里外的塞特福德森林)来建造内部的铆钉墙。木材也用于建造立面的遮阳板。未来的气候数据是由EA的气候团队为该项目生成的87年期间的数据。利用这些信息,Architype模拟了被动式建筑规划包(PHPP)中的一系列设计场景,以优化立面设计。

分析强调了需要稍微重新考虑南向窗户的分配,被动屋认为这是被动供暖的重要来源,以帮助限制内部收益。Selby解释说:“从分析来看,我们通过将窗户设置在更靠后的位置来略微增强阴影效果。”“从未来的角度来看,我们开发了一种木材遮阳板,它可以适应未来添加更多的百叶窗。”

保持凉爽

虽然建筑的轻质结构有助于节省隐含碳,但有人担心其缺乏热质量可能导致建筑过热,即使在目前的气候条件下。这些问题在一定程度上得到了缓解,因为两层楼的落差都超过了3.3米,这有助于创造足够的空间来应对温度上升,并确保地板上良好的采光水平。在LED照明和智能控制系统的辅助下,这有助于将照明负荷保持在最低水平,并将一次能源需求保持在120千瓦时/平方米/年以下。

即使按照被动屋的标准,这座建筑也非常密闭。Bassett笑着说:“我们在50Pa时达到了0.21m3/m2的气密性,比被动屋规范要求的气密性好了3倍,比L部分要求的气密性好了约100倍。”由居住者和二氧化碳传感器控制的需求导向通风系统提供新鲜空气,保持居住者舒适。大楼有三个通风车间:每翼一个,中央礼堂一个。每个plantoou都有一个Swegon Gold, Passivhaus认证,空气处理单元(AHU),包含一个热轮。

来自ahu的空气通过管道输送到楼层,并通过安装在服务分配隔板中的Trox VAV单元进行分配,该隔板是衰减回风静压箱的两倍。空气从机翼通过便池排出(没有便池排出风扇);抽出的空气在排到外面之前通过热轮。与被动屋项目不同的是,企业中心确实在300个座位的礼堂中加入了少量的冷却系统,以确保它在夏天仍然舒适。这是由一个小型的直接膨胀系统提供的,该系统的冷却盘管位于送风气流中,排热单元位于排风蒸汽中。BDP工程总监、项目服务工程师詹姆斯·赫本(James Hepburn)解释说:“我们使用降温只是为了在夏季降低新鲜空气供应温度的峰值,因为学生们将根据这种条件穿着合适的衣服。”

在主要楼层区域没有冷却设备。相反,居住者可以打开建筑的窗户来通风。通风策略和该方案的其他方面得到了东英理工大学地产团队的同意,他们参与了该项目的软着陆倡议,由Morgan Sindall的高级设计经理Stuart Thompson领导。这是一件好事,因为地产公司可能需要积极主动地管理这种高价值的工程通风解决方案和创新建筑的运营。

建筑的热量来自东英格利亚大学的区域供暖系统。供暖总管靠近建筑物,这是幸运的,因为从支线到建筑物的热量损失必须包括在被动式建筑的合规标准中。一个热界面单元包含两个热交换器,一个用于加热,一个用于热水,将建筑与电源分开。

实现被动屋的最大挑战之一是向厕所区提供热水。这是因为来自热水管道的持续热损失被考虑到PHPP的电子表格中。大楼有两个侧翼,这意味着损失非常大,以至于南侧翼的热水,也就是离热界面单元最远的那一个,必须由当地的使用点的电热水器提供。微孔管道,具有较低的固定热损失,供应其余的热水出口。

至于减少碳含量,赫本说:“我们对不同的材料做了大量的研究,但我们对替代材料在满足建筑100年使用寿命方面的稳健性并不满意。最好的办法就是少安装机电设备。”被动屋的一个限制因素在建筑投入使用后变得很明显。获得认证的一个挑战是,小型电力负荷包括在一次能源需求最大值中。因此,设计团队花了很多时间来选择建筑的AV系统,为了将小的电力负载保持在最低限度,客户希望不让建筑充满电源插座。弗兰奇说:“被动屋非常具有挑战性,因为它限制了你在电脑和餐饮方面可以做的事情,我们发现这有点限制。”伟德亚洲1946与此同时,巴塞特提交了他的最后一份关于送货和劳动力碳排放的电子表格。

这张表包括所有送到现场的货物,包括车辆来自哪里、行驶里程、车辆类型和燃料等细节。Adapt的约翰·弗伦奇说:“在100年寿命中,包括建筑碳在内,每平方米排放的二氧化碳低于500公斤,我们认为我们将比这个数字低10%。”“在我看来,我们已经在可持续建筑方面树立了一个新的标准,而且没有付出任何代价。”

机会之窗

主要楼层区域没有冷却系统。然而,当条件允许时,居住者可以打开建筑的三层玻璃窗来提供通风。每个房间的显示屏上都有两盏LED灯,当室外空气温度适宜,可以打开窗户时,LED灯就会发光。房间里的二氧化碳传感器将检测到改善的空气质量,并关闭服务于该房间的VAV阻尼器。如果温度非常热,住户被鼓励开着窗户过夜,以便夜间通风。

在冬季,供暖可用性是有限的,并由BMS控制。在有人居住的房间里,热量是由“微型”散热器提供的,每个散热器都装有TRV。赫本解释说:“我们不想冒这些房间没有暖气的风险,因为大楼没有自动窗户,所以有可能一整夜窗户都开着。”